- Square to Sine Wave Converter menggunakan RC Network
- Diagram Sirkuit Konverter Persegi ke Gelombang Sinus
- Prinsip Kerja Konverter Gelombang Persegi
- Memilih nilai R dan C untuk Rangkaian Konverter Gelombang Persegi
- Menguji Sirkuit Konverter Gelombang Persegi ke Sinus
Rangkaian konverter gelombang persegi ke gelombang sinus merupakan rangkaian analog penting yang mengubah bentuk gelombang persegi menjadi bentuk gelombang sinus. Ini memiliki spektrum aplikasi yang luas di berbagai bidang elektronik, seperti dalam operasi matematika, akustik, aplikasi audio, inverter, sumber daya, generator fungsi, dll.
Dalam proyek ini, kita akan membahas bagaimana rangkaian gelombang persegi ke gelombang sinus bekerja dan bagaimana rangkaian itu dapat dibangun dengan menggunakan elektronika pasif sederhana. Anda juga dapat memeriksa rangkaian generator bentuk gelombang lain yang tercantum di bawah ini.
- Sirkuit Generator Gelombang Persegi
- Sirkuit Generator Gelombang Sinus
- Sirkuit Generator Gelombang Segitiga
- Sirkuit Generator Gelombang Gigi Gergaji
Square to Sine Wave Converter menggunakan RC Network
Konverter gelombang persegi ke gelombang sinus dapat dibangun dengan menggunakan 6 komponen pasif yaitu kapasitor dan tiga resistor. Dengan menggunakan tiga kapasitor dan tiga resistor ini, dapat dibangun jaringan RC 3 tahap yang mengambil gelombang persegi sebagai input dan gelombang sinus sebagai output. Sirkuit jaringan RC satu tahap sederhana ditunjukkan di bawah ini.
Pada rangkaian di atas, filter RC satu tahap ditunjukkan di mana resistor tunggal dan kapasitor tunggal digunakan. Rangkaian di atas cukup sederhana. Kapasitor terisi daya tergantung pada status gelombang persegi. Jika gelombang persegi pada input berada pada posisi tinggi, kapasitor akan terisi, dan jika gelombang persegi pada posisi rendah, kapasitor akan kosong.
Gelombang sinyal yang bervariasi seperti gelombang persegi memiliki frekuensi, tergantung pada frekuensi ini, keluaran rangkaian akan berubah. Karena perilaku rangkaian ini, filter RC disebut rangkaian integrator RC. Rangkaian integrator RC mengubah keluaran sinyal tergantung pada frekuensinya dan dapat mengubah gelombang persegi menjadi gelombang segitiga atau gelombang segitiga menjadi gelombang sinus.
Diagram Sirkuit Konverter Persegi ke Gelombang Sinus
Dalam tutorial ini, kami menggunakan rangkaian integrator RC ini (jaringan filter RC) untuk mengubah gelombang persegi menjadi gelombang sinus. Diagram rangkaian konverter lengkap diberikan di bawah ini, dan seperti yang Anda lihat, hanya memiliki sedikit komponen pasif.
Sirkuit terdiri dari tiga tahap rangkaian filter RC. Setiap tahap memiliki signifikansi konversinya sendiri, mari kita pahami cara kerja setiap tahap dan bagaimana kontribusinya untuk mengubah gelombang persegi menjadi gelombang sinus dengan melihat simulasi bentuk gelombang
Prinsip Kerja Konverter Gelombang Persegi
Untuk mengetahui cara kerja pengubah gelombang persegi ke gelombang sinus, kita perlu memahami apa yang terjadi di setiap tahap filter RC.
Tahap pertama:
Pada tahap jaringan RC pertama, ia memiliki resistor secara seri dan kapasitor secara paralel. Output tersedia di seluruh kapasitor. Kapasitor akan diisi melalui resistor secara seri. Tetapi, karena kapasitor adalah komponen yang bergantung pada frekuensi, diperlukan waktu untuk mengisi daya. Namun, laju pengisian ini dapat ditentukan oleh konstanta waktu RC filter. Dengan pengisian dan pengosongan kapasitor, dan karena keluaran berasal dari kapasitor, bentuk gelombang sangat tergantung pada tegangan muatan kapasitor. The tegangan Capacitor selama waktu pengisian dapat ditentukan oleh bawah formulasi
V C = V (1 - e - (t / RC))
Dan tegangan pelepasan dapat ditentukan dengan-
V C = V (e - (t / RC))
Oleh karena itu, dari dua rumus di atas, konstanta waktu RC merupakan faktor penting untuk menentukan berapa banyak muatan yang disimpan kapasitor serta berapa banyak pengosongan yang dilakukan untuk kapasitor selama konstanta waktu RC. Jika kita memilih nilai kapasitor sebagai 0.1uF dan resistor 100 k-ohm seperti gambar di bawah ini, maka akan memiliki konstanta waktu 10 mili-detik.
Sekarang, jika 10ms gelombang persegi konstan disediakan di filter RC ini, bentuk gelombang keluaran akan seperti ini karena pengisian dan pengosongan kapasitor dalam konstanta waktu RC 10ms.
Gelombang tersebut adalah bentuk gelombang eksponensial berbentuk parabola.
Tahap Kedua:
Sekarang keluaran dari tahapan jaringan RC pertama adalah masukan dari tahapan jaringan RC kedua. Jaringan RC ini mengambil bentuk gelombang eksponensial berbentuk parabola dan menjadikannya bentuk gelombang segitiga. Dengan menggunakan skenario pengisian dan pemakaian konstan RC yang sama, filter RC tahap kedua memberikan kemiringan naik lurus saat kapasitor terisi daya dan kemiringan menurun lurus saat kapasitor dilepaskan.
Output dari tahap ini adalah output ramp, gelombang segitiga yang tepat.
Tahap Ketiga:
Pada tahapan jaringan RC ketiga ini, keluaran dari jaringan RC kedua ini merupakan masukan dari tahapan jaringan RC ketiga. Dibutuhkan gelombang ramp segitiga sebagai masukan dan kemudian mengubah bentuk gelombang segitiga. Ini memberikan gelombang sinus di mana bagian atas dan bawah dari gelombang segitiga diperhalus sehingga melengkung. Keluarannya cukup dekat dengan keluaran gelombang sinus.
Memilih nilai R dan C untuk Rangkaian Konverter Gelombang Persegi
Nilai kapasitor dan resistor adalah parameter terpenting dari rangkaian ini. Karena, tanpa nilai kapasitor dan resistor yang tepat, konstanta waktu RC tidak akan cocok untuk frekuensi tertentu dan kapasitor tidak akan mendapatkan cukup waktu untuk mengisi atau melepaskan. Ini menghasilkan keluaran yang terdistorsi atau bahkan pada frekuensi tinggi, resistor akan bekerja sebagai satu-satunya resistor dan dapat menghasilkan bentuk gelombang yang sama seperti yang diberikan di seluruh masukan. Jadi, nilai kapasitor dan resistor harus dipilih dengan benar.
Jika frekuensi input dapat diubah, maka seseorang dapat memilih nilai kapasitor dan resistor secara acak dan mengubah frekuensi sesuai dengan kombinasi. Sebaiknya gunakan nilai kapasitor dan resistor yang sama untuk semua tahapan filter.
Untuk referensi cepat, pada frekuensi rendah, gunakan kapasitor bernilai lebih tinggi, dan untuk frekuensi tinggi, pilih kapasitor bernilai lebih rendah. Namun, jika semua komponen, R1, R2, dan R3 memiliki nilai yang sama dan semua kapasitor C1, C2, C3 memiliki nilai yang sama, kapasitor dan resistor dapat dipilih menggunakan rumus di bawah ini–
f = 1 / (2π x R x C)
Di mana F adalah frekuensi, R adalah nilai resistansi dalam Ohm, C adalah kapasitansi dalam Farad.
Skema di bawah ini adalah rangkaian integrator RC tiga tahap yang dijelaskan sebelumnya. Namun rangkaian tersebut menggunakan kapasitor 4.7nF dan resistor 1 kilo-ohm. Ini menciptakan rentang Frekuensi yang dapat diterima dalam rentang 33 kHz.
Menguji Sirkuit Konverter Gelombang Persegi ke Sinus
Skema dibuat di papan tempat memotong roti dan generator fungsi bersama dengan osiloskop digunakan untuk memeriksa gelombang keluaran. Jika Anda tidak memiliki generator Fungsi untuk menghasilkan gelombang persegi, Anda dapat membuat generator gelombang persegi Anda sendiri atau bahkan Generator Bentuk Gelombang Arduino yang dapat Anda gunakan untuk semua proyek terkait bentuk gelombang. Sirkuit ini sangat sederhana dan karenanya mudah dibangun di atas papan tempat memotong roti seperti yang Anda lihat di bawah.
Untuk demonstrasi ini, kami menggunakan generator fungsi dan seperti yang Anda lihat pada gambar di bawah ini, generator fungsi disetel ke output gelombang persegi 33 kHz yang diinginkan.
Output dapat diamati pada osiloskop, snapshot dari output dari ruang lingkup diberikan di bawah ini. Gelombang persegi masukan ditampilkan dalam warna kuning dan gelombang sinus keluaran ditampilkan dalam warna merah.
Rangkaian bekerja seperti yang diharapkan untuk frekuensi input mulai dari 20kHz hingga 40kHz, Anda dapat merujuk video di bawah ini untuk detail lebih lanjut tentang cara kerja rangkaian. Semoga Anda menikmati tutorial ini dan mempelajari sesuatu yang bermanfaat. Jika Anda memiliki pertanyaan, tinggalkan di bagian komentar di bawah. Atau Anda juga dapat menggunakan forum kami untuk memposting pertanyaan teknis lainnya.